JPH06194478A - 加圧水形原子炉の燃料集合体 - Google Patents

加圧水形原子炉の燃料集合体

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JPH06194478A
JPH06194478A JP5259451A JP25945193A JPH06194478A JP H06194478 A JPH06194478 A JP H06194478A JP 5259451 A JP5259451 A JP 5259451A JP 25945193 A JP25945193 A JP 25945193A JP H06194478 A JPH06194478 A JP H06194478A
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fuel assembly
tie plate
fuel
spring
core support
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JP5259451A
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Jack Yates
イエテス ジヤツク
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Siemens Nuclear Power Corp
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    • G21C3/00—Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
    • G21C3/02—Fuel elements
    • G21C3/04—Constructional details
    • G21C3/06—Casings; Jackets
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    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C5/00—Moderator or core structure; Selection of materials for use as moderator
    • G21C5/02—Details
    • G21C5/06—Means for locating or supporting fuel elements
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 上下の炉心支持プレート、燃料棒を支持する
ための上下のタイプレート、および冷却材通路を持って
いる原子炉燃料集合体の支持構造において、始動運転中
における冷却材流量を制限せず、冷却材ポンプ過速運転
状態によって有害な作用を引き起こさないような、原子
炉燃料集合体を貫流する冷却材流により引き起こされる
浮揚作用を克服および相殺するための機構を提供する。 【構成】 上部タイプレートを上部炉心支持プレートに
向けて押圧するために燃料集合体を上向きにバイアス荷
重するためのバイアス荷重手段が下部タイプレートの部
分に形成され、そのバイアス荷重が燃料集合体を貫流す
る冷却材流により引き起こされる浮揚力と同じ方向を向
くようにする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、原子炉の燃料集合体を
そのサポートに固定するための機構に関し、特に燃料集
合体において冷却材流によって引き起こされる浮揚作用
を回避するためのばね機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】原子炉における冷却材の流量が、燃料集
合体が炉心支持スタンドから持ち上がることを阻止する
のに燃料集合体の重量では不十分である程に大きくなる
ことは、従来から知られている。その問題を解決する公
知の方式が図１に示されている。そこでは炉心の上部タ
イプレート１２と上部支持プレート１４との間にホール
ドダウンばね１６が設けられている。このホールドダウ
ンばね１６で発生される力は、燃料集合体を貫流する冷
却材流により引き起こされる浮揚力に打ち勝つように設
計されている。ホールドダウンばね１６が無い場合、燃
料集合体１０は浮揚してしまい、その結果、燃料集合体
１０および上部炉心支持プレート１４と下部炉心支持プ
レート１５における位置決めピン２、２８に腐食が生じ
るおそれがある。
【０００３】通常運転のもとで、ホールドダウンばね１
６の抑え込み力は上向きの浮揚力より大きく、燃料集合
体１０は下部炉心支持プレート１５に接触保持される。
しかし浮揚力が抑え込み力を超過すると浮揚が生ずる。
これは冷却材ポンプの過速運転中に発生し、またすべて
の冷却材ポンプが低温状態で運転されるときにも生ず
る。なお冷却材の高い密度は大きな浮揚力を生ずる。ま
た上部炉心支持プレート１４に与えられる許容力には限
界があり、これはあらゆる状態のもとで燃料集合体１０
を抑え込むために堅いばねを組み込むことを妨げてい
る。
【０００４】公知のホールドダウン方式の場合、ポンプ
過速運転中における浮揚を阻止することはできるが、低
温停止状態からの始動中において燃料集合体を貫流する
許容冷却材流量に原子炉運転上の制限が課せられる。そ
れに対する公知の処置は、冷却材を温めてから冷却材ポ
ンプを始動することにある。そのような低温始動の流量
制限は、原子炉を十分な温度および出力にするまでに数
時間ほど時間を増加してしまう。経済上および別の運転
上の配慮から、できるだけ迅速に原子炉を全出力にでき
ることが望まれる。
【０００５】冷却材流による浮揚作用を克服するために
ホールドダウン機構を使用することは種々の特許公報に
記載され知られている。米国特許第４２７８５０１号、
同第４５３４９３３号、同第４６７１９２４号および同
第４９８６９６０号明細書には上述のホールドダウン方
式の幾つかの例が記載されている。これらの方式は、冷
却材流により引き起こされる浮揚力の方向と逆向きの力
によって原子炉燃料集合体を抑え込むという構想を採用
している。これらの公知のすべての方式は、ホールドダ
ウン機構で発生される抑え込み力を超過する浮揚力が冷
却材流により常に引き起こされることがあるので、種々
の関係から制限される。また原子炉燃料集合体を抑え込
むために別の手段を採用することも試みられている。例
えば米国特許第４３０９２５１号明細書に記載されてい
るように燃料集合体の下部サポートに置かれているラッ
チ装置を使用することが試みられている。この装置はラ
ッチ操作押圧棒を収容するための大きな中央管を持った
Ｃ．Ｅ形燃料にしか適用できない。この方式はノッチ付
きピンも必要とする。そのようなピンは一般にノッチを
付けられない。そのような方式を改良目的で利用するに
は高価過ぎる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、原子
炉燃料集合体に対するホールドダウン機構に関する従来
の問題を解決することにある。
【０００７】本発明の他の課題は、原子炉燃料集合体を
貫流する冷却材流により引き起こされる浮揚作用を克服
および相殺するための機構を提供することにある。
【０００８】更に本発明の他の課題は、始動運転中にお
ける冷却材流量を制限せず、冷却材ポンプ過速運転状態
によって有害な作用を引き起こさないような、原子炉燃
料集合体を貫流する冷却材流により引き起こされる浮揚
作用を克服および相殺するための機構を提供することに
ある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明によればこれらの
課題は、上下の炉心支持プレート、燃料棒を支持するた
めの上下のタイプレート、および冷却材通路を持ってい
る原子炉燃料集合体の支持構造において、上部タイプレ
ートを上部炉心支持プレートに向けて押圧するために燃
料集合体を上向きにバイアス荷重するためのバイアス荷
重手段が下部タイプレートの部分に形成され、そのバイ
アス荷重が燃料集合体を貫流する冷却材流により引き起
こされる浮揚力と同じ方向を向いていることによって解
決される。本発明の特別な実施態様においては、バイア
ス荷重手段は上側部分と下側部分との２つの部分タイプ
レートを有し、その上側部分と下側部分との間にばね装
置が配置されている。
【００１０】以下図面に示した実施例を参照して本発明
を詳細に説明する。
【００１１】
【実施例】図２に示されている本発明に基づく燃料集合
体は加圧水形（ＰＷＲ）原子炉の燃料集合体における浮
揚力の問題を除去している。この図１と同一部品に同一
符号が付されている実施例においては、原子炉燃料集合
体１０は燃料棒列１１を備えている。上部タイプレート
２２は図１に示されているようなホールドダウンばねを
持たない。その代わりに下部タイプレート２３の中にホ
ールドアップばね２５が設けられている。このホールド
アップばね２５は燃料集合体１０を炉心上部プレート１
４に接触保持する働きをする。このようにして冷却材流
により引き起こされる浮揚力も燃料集合体１０を保持す
るために同じ方向に作用する。あらゆる条件のもとで、
即ち高温、低温、冷却材流有り、冷却材流無し、ポンプ
過速運転状態のもとでも、燃料集合体１０は安定を保
ち、炉心上部プレート１４に接触している。浮揚は低温
停止状態からの加熱中において運転上何等の制限も必要
としない。
【００１２】図３には下部タイプレート構造物２３が詳
細に示されている。なおこの構造により、それに相接す
る原子炉構造物を変更する必要はなく、燃料集合体スペ
ーサの軸方向位置および活動燃料長さは不変のままでよ
い。下部タイプレート２３は上側部分３０と下側部分３
１との２つの部材から成っている。下側部分３１は好適
には炉心下部支持プレート１５における冷却材貫流孔３
２を取り囲む矩形フレームとして構成されている。下側
部分３１には４組の片持ち三層板ばね２５が組み入れら
れ、それぞれの角部にピン２６を有している。そのうち
の２本のピン２６は原子炉位置決めピン２８を受け入れ
るために中空になっている。
【００１３】上側部分３０は貫流孔を有する一般的な格
子３３から成っている。この上側部分３０はこれを燃料
集合体案内管下端に取り付けるための手段と、上側部分
３０と下側部分３１との間における垂直方向の滑り作用
を許すために下側部分３１にある４本のピン２６と係合
するために下向きに延びている突起３４とを有してい
る。
【００１４】上側部分３０および下側部分３１は組立の
際にそれらが燃料集合体重量より大きなばね力を有する
ばねで予め荷重されているように組み立てられる。燃料
集合体と炉心の公差による長さの差および燃料集合体の
成長による長さ変化は、上側部分３０と下側部分３１の
滑り係合およびばね２５によって調和される。
【００１５】図４には、炉心の中にあるときの燃料集合
体（図４ａ）と炉心の外にある燃料集合体（図４ｂ）の
形状が対比して示されている。炉心の中においてばね２
５は、燃料集合体と炉心の長さの公差を吸収し、燃料集
合体の成長を許すためにひずんでいる。炉心の外におい
て抑制されていないとき、燃料集合体重量より大きなば
ね力は下部タイプレートの上側部分と下側部分を一体に
し、燃料集合体は安定状態で下部タイプレートに接触す
る。換言すれば燃料集合体はばねの作用をこうむらな
い。
【００１６】図３に示されている形状はウエスチングハ
ウス社のＰＷＲ形原子炉の燃料集合体に採用されるもの
である。当業者において同じ目的を達成するために、大
きな力のばね、滑りはめあい形の分割形タイプレート、
既存のスペーサと燃料の軸方向位置を許すためのコンパ
クトな形状、既存の位置決めピンとの両立、および炉心
支持プレートの貫流孔との不干渉という要件を考慮し
て、別の配置構造を考えることもできる。クラフトウエ
ルク社の１６×１６および１８×１８形燃料集合体のよ
うな別のＰＷＲ形原子炉の燃料集合体も本発明の特徴を
取り入れるように変更できる。
【００１７】以上本発明の有利な実施例について図示し
説明したが、当業者において本発明の技術思想を逸脱す
ることなしに種々に変更できることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】ホールドダウン機構を採用している従来の燃料
集合体の断面図。
【図２】本発明に基づく燃料集合体の断面図。
【図３】ａは下部タイプレートの上側部分および下側部
分の一部破断平面図、ｂは本発明の組立済み下部タイプ
レートの一部断面側面図。
【図４】ａは炉心の中における下部タイプレートの形状
を示した断面図、ｂは炉心の外における下部タイプレー
トの形状を示した断面図。
【符号の説明】
１０ 燃料集合体 １１ 燃料棒列 １５ 炉心下部支持プレート ２３ 下部タイプレート ２５ ホールドアップばね ３０ 下部タイプレートの上側部分 ３１ 下部タイプレートの下側部分

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 上下の炉心支持プレート、燃料棒を支持
    するための上下のタイプレート、および冷却材通路を持
    っている原子炉燃料集合体の支持構造において、上部タ
    イプレートを上部炉心支持プレートに向けて押圧するた
    めに燃料集合体を上向きにバイアス荷重するためのバイ
    アス荷重手段が下部タイプレート部分に形成され、その
    バイアス荷重が燃料集合体を貫流する冷却材流により引
    き起こされる浮揚力と同じ方向を向くようにすることを
    特徴とする加圧水形原子炉の燃料集合体。
  2. 【請求項２】 バイアス荷重手段が上側部分と下側部分
    との２つの部分タイプレートを有し、その上側部分と下
    側部分との間にばね装置が配置されていることを特徴と
    する請求項１記載の燃料集合体。
  3. 【請求項３】 ばね装置があらゆる原子炉運転状態のも
    とで燃料集合体を上部炉心支持プレートに接触維持する
    のに十分な力で荷重されていることを特徴とする請求項
    ２記載の燃料集合体。
  4. 【請求項４】 ばね装置が片持ち板ばねであることを特
    徴とする請求項３記載の燃料集合体。
  5. 【請求項５】 上部タイプレートと下部タイプレートと
    を持つ燃料棒列、この燃料棒列を支持するための上下の
    炉心支持プレート、および燃料集合体を貫流して冷却材
    を供給するための手段から構成され、下部タイプレート
    が、あらゆる原子炉運転状態のもとで上部タイプレート
    を上部炉心支持プレートに向けてバイアス荷重するため
    のばね装置を有していることを特徴とする加圧水形原子
    炉の燃料集合体。
  6. 【請求項６】 下部タイプレートが上側部分と下側部分
    とを有し、その上側部分と下側部分との間にばね装置が
    配置されていることを特徴とする請求項５記載の燃料集
    合体。
  7. 【請求項７】 ばね装置が、炉心の外にあり抑制されて
    いないときに燃料集合体重量よりも大きいばね力が下部
    タイプレートの上側部分と下側部分を一体にするように
    予め荷重されていることを特徴とする請求項６記載の燃
    料集合体。
  8. 【請求項８】 ばね装置が片持ち板ばねであることを特
    徴とする請求項６記載の燃料集合体。
  9. 【請求項９】 下部タイプレートの下側部分が、炉心支
    持プレートにおける冷却材孔を包囲する矩形のフレー
    ム、４組の片持ち板ばねおよび前記フレームの各角部に
    配置されているピンを有し、下部タイプレートの上側部
    分が冷却材貫流孔を有する格子と、滑り作用によって前
    記ピンと係合するための手段とを有していることを特徴
    とする請求項６記載の燃料集合体。
  10. 【請求項１０】 下部タイプレートの上側部分が燃料集
    合体案内管下端を取りつけるための手段を有し、前記ピ
    ンのうちの２本が原子炉位置決めピンを受け入れるため
    に中空となっていることを特徴とする請求項９記載の燃
    料集合体。
JP5259451A 1992-09-24 1993-09-22 加圧水形原子炉の燃料集合体 Pending JPH06194478A (ja)

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US07/950,879 US5274685A (en) 1992-09-24 1992-09-24 Non-levitating PWR fuel assembly
US07/950879 1992-09-24

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